李灿院士团队在碱性析氢复合电催化剂理性设计方面取得新进展
近日，化学化工学院先进催化中心李灿院士团队在碱性析氢复合电催化剂理性设计方面取得新进展。工作聚焦活性功能组分和所涉及反应中间物种之间的内在关系，秉承兼顾催化剂氢吸附自由能、水吸附解离及氢氧物种脱附能力的原则，设计并构筑了Ni3Sn2-NiSnOx纳米复合电催化剂，用于高效催化碱性析氢（HER）反应。相关研究成果以“Rationally Modulating the Functions of Ni3Sn2-NiSnOx Nanocomposite Electrocatalysts towards Enhanced Hydrogen Evolution Reaction”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。论文第一作者是博士后王小梅，通讯作者是李灿院士。
电解水制氢技术是实现可再生能源规模化制备“绿氢”的重要手段。发展廉价、高效、稳定的电解水催化剂是该领域的核心之一。李灿院士在兰州大学先进催化中心部署了碱水电解和PEM电解水两个重要研究方向，团队已经在这两个方面取得初步进展。
本工作在深入理解和剖析碱性HER反应机理的基础上，聚焦于如何同时实现对水的吸附解离、氢的耦合脱附及氢氧物种的快速脱附等微观反应过程的理性调控这一关键问题，在镍基合金-氧化物复合催化剂体系的理性设计中引入了具有亲氧性低于Ni，且氢吸附能力也较弱的Sn元素，设计构筑了高效Ni3Sn2-NiSnOx纳米复合碱性析氢电催化剂体系。最优催化剂在电流密度为10, 500和1000 mA cm-2时，分别仅需过电位14, 111和165 mV。研究表明，Ni3Sn2具有适宜的氢吸附自由能及弱氢氧物种吸附能力，是一种理想的析氢活性组分；NiSnOx 组分则可有效加速水解离和 OHad 物种的转移传输过程。两个功能组分的微调相互作用可实现多个功能之间的相互协调，从而显著提升复合催化剂的碱性HER动力学，进而获得优异催化性能。该研究明确了聚焦催化剂活性功能组分和所涉及反应中间物种之间内在关系对于获得优异催化剂体系的重要性，可为今后电催化剂体系的理性设计提供理论借鉴。
该工作得到国家自然科学基金、中国博士后面上项目的资助。（文/图 王小梅）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301562
兰州大学先进催化中心简介：
兰州大学先进催化中心于2019年7月成立，李灿院士担任中心主任。中心立足西部能源资源特色，以催化为核心学科基础提升西部在新能源，生态环境，高端化学品合成等绿色低碳可持续发展方面的研究实力和水平。兰州大学先进催化中心践行“四个面向”，注重“产-学-研”发展，特别为西部发展提供技术和人才支撑。2020年，得到甘肃省科技厅的支持，依托先进催化中心及物理化学研究获批甘肃省先进催化重点实验室。兰州大学先进催化中心自成立至今，在铁电光催化剂电荷分离、形貌控制提升光生电荷分离、光电转化器件理性设计、光电催化消除难降解有机污染物、电催化硝酸根还原研究等方面先后取得重要进展，相关文章发表在J. Am. Chem. Soc.; Adv. Mater.; Appl. Catal. B-Environ.等期刊上，开始受到国内外学术界重视。
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